专利名称：具有等效电子长度的全频带套筒单极天线的制作方法
技术领域：
本实用新型有关一种套筒单极天线，尤指一种具有等效电子长度的全频带套 筒单极天线。
背景技术：
数字音乐产品如MP3 player、卫星广播以及高音质数字广播，除了个人随身 携带的应用外，随着汽车工业对汽车舒适化、数字化发展的要求日益提高，汽车 的广播系统已不再局限在单纯接收无线调频(FM)广播信号。为了相容于现有的车 用FM音响系统，有越来越多的数字音乐产品皆开始内建FM发射器，将数字音乐 以FM信号的形式发射至车用FM广播系统，而车上乘客便可以通过车用音响聆听 数字音乐产品。现有的FM发射器是利用单一频率或者使用大功率的发射能量来传送FM信 号，对于FM天线的设计也尽量轻薄短小，以便于携带并组装在车上。然而若欲考 量到反射损耗小于-10dB的频宽范围，此种FM天线的频宽通常只具备2MHz 5MHz 的有效频宽，并不符合一般的使用。为了增加使用者的方便性，也为了符合现行 FM频段发射的规定，FM发射器逐渐朝向全频带(88 MHz 108MHz)发送信号的方 向设计，而FM天线也对应设计成可发射88 MHz 108MHz频带信号的高效率天线。 对于具20MHz频宽的现有FM天线而言，早期是以1/4波长(约75cm)的单极天 线搭配足够大的地端(例如大于2倍波长平方的面积的地端)或套筒单极天线(长 度约100cm)来实现。然而这种天线的长度或体积皆过大，不易加装在车体上。此外，为了符合现行美国联邦通讯委员会对FM频段的发射规定，在发射功 率受到限制的情况下，FM发射器的FM发射天线必须尽量靠近FM接收天线。由于 一般车用FM音响系统的FM接收天线通常设置于汽车尾部，当将FM发射天线加装 在车体内时，FM发射天线会连接一条约3米长的同轴缆线，通过同轴缆线附着于
后车窗上或附近，而同轴缆线则埋在座位下面或汽车地毯下方等见不到的地方以达到美观的效果。目前市面上的FM发射天线大多使用半导体工艺的芯片天线(chip antenna)或利用一段铜线(长度30cm左右)搭配同轴缆线缠绕在磁铁芯(ferrite core,解决电磁干扰问题中所常用)。这两种天线虽然都很轻薄短小，但是这两 种天线的频宽都太窄，造成发射天线的发射功率在整个频带上分布不均。而在阻 抗不匹配的频段部分，能量从FM发射器通过同轴缆线传达至FM发射天线时会反 弹回至同轴缆线上，再通过同轴缆线的外导体层发射。然而，经由同轴缆线的外 导体层所发射的能量会被车体金属本身所屏蔽，使得FM发射天线效率不佳。在符 合法规的条件下，现有FM发射天线在某些频道使用良好，而某些频道使用不佳。 请参考图1。现有的套筒单极天线10包含信号线12以及套筒14 (接地)， 信号线12的长度为1/4波长。套筒14是提供相位180度的信号的流通路径，换 言之，套筒单极天线10为现有双极天线的变型，所以套筒14提供信号线12在阻 抗匹配以及频宽调整的匹配。为了要达到电流相位转换的目的，套筒14的长度L 以及套筒14与信号线12之间的距离Rx为重要参数，其中Rx决定套筒单极天线 10的输入阻抗，L为决定相位所需的长度，为了提供相位180度的信号，现有L 皆须设计为1/4波长到1/8波长之间。而套筒14具有平衡-不平衡转换器(balun) 的作用，可以把一路不平衡的信号转换为两路异相(out of phase)信号，其中一 路走信号线12， 一路沿着套筒14走向一个足够大的水平面接地端或1/4波长的 另一信号线。请参考图2。图2为现有的印刷平面式套筒单极天线20(printed sleeve monopole)的示意图。为了减少套筒单极天线20的体积，现有的做法是将信号线 22做曲折来达到縮短尺寸的目的。然而现有的套筒单极天线20的长度及体积仍 受限于套筒24的长度L，也即1/8波长到1/4波长之间，因此无法有效减少套筒 单极天线20的长度，在应用到车用FM广播系统时仍相当不便。实用新型内容本实用新型提供一种具有等效电子长度的全频带套简单极天线，其包含有一 信号线，具有多个曲折处，该信号线发射一无线信号； 一接地元件，该接地元件 提供该无线信号的反相信号的流通路径，该接地元件具有多个曲折处、 一末端以
及一前端； 一第一匹配元件，设置于该信号线的一端； 一第二匹配元件，设置于 该接地元件的一端以及一第三匹配元件，连接该接地元件的末端与前端之间，用来提供一阻抗。
图1为现有的套筒单极天线的示意图。图2为现有的印刷平面式套筒单极天线(printed sleeve monopole)的示意图。图3为本实用新型一实施例的印刷式套筒单极天线的示意图。 图4为本实用新型的印刷式套筒单极天线局部区域放大示意图。 图5为现有的小型FM天线与本实用新型的套筒单极天线的反射损耗对应频 率的响应示意图。图6为现有的小型FM天线与本实用新型套筒单极天线在不同频段的发射功 率比较表。图7为本实用新型的套筒单极天线未加上负载电阻与加上负载电阻后的反射 损耗对应频率的响应示意图。
具体实施方式
请参考图3及图4。图3为本实用新型所揭示的一种具有等效电子长度的全 频带套筒单极天线30—实施例的示意图，图4为图3区域Z的放大示意图。套筒 单极天线30包含有一信号线32以及一接地元件(具有现有套筒功能，因此以下 称曲折套筒34)，分别黏贴于一基板36 (薄膜)上，本实施例的信号线32可为 一印刷薄膜天线，且可用来发送全频带(88 MHz 108MHz)的调频(FM)无线信号， 曲折套筒34则用来提供无线信号的反相信号流通路径。套筒单极天线30另包含 一第一匹配元件42、 一第二匹配元件44以及一第三匹配元件46。其中第一匹配 元件42是设置于信号线32的一端，用来延伸信号线32的电子长度，于本实用新 型的实施例中，是运用无源元件(如绕线电感)来达成。第二匹配元件44则设置 于曲折套筒34的一端，与第一匹配元件42相仿，第二匹配元件44也运用无源元 件(如绕线电感)来达成。第三匹配元件46则连接在曲折套筒34末端与前端之
间(接地与接地间)，于本实用新型的实施例中，则运用无源元件(如具有负载阻抗的电阻)来达成。其中连接于曲折套筒34的第二匹配元件44以及第三匹配 元件46是于曲折套筒34中成对设置，但也可以单一元件的方式连接于曲折套筒 34内。信号线32的总长度为近似于1/4波长的共振电子长度，为了达到缩小套筒 单极天线30尺寸的目的，信号线32具有多个曲折处321，使得曲折后的信号线32 长度可大幅降低，而连接于信号线32 —端的第一匹配元件42 (绕线电感)可在 进一步縮短信号线32所需的长度下，补偿信号线32的共振电子长度。作为匹配 用的曲折套筒34，其总长度为近似于1/8波长至1/4波长的共振电子长度，利用 曲折处342的180度弯折，使电流相位转换路径在固定的L'长度下，具有两倍的 效果。至于套筒34上多个曲折处341也可使曲折后的曲折套筒34长度大幅降低， 使原本长度L的现有套筒可縮短为长度为L'的曲折套筒34。此外，连接于曲折套 筒34前端的第二匹配元件44 (绕线电感)可在进一步缩短曲折套筒34的长度L' 时，补偿曲折套筒23的共振电子长度。请参考图5，图5为现有的小型FM天线以及本实用新型的印刷式套筒单极天 线30(printed sleeve monopole antenna)的反射损耗对应频率的响应示意图。 由图5可知，本实用新型的套筒单极天线30在反射损耗<-10dB的频宽超过20MHz， 其频宽表现远远优于现有的小型FM天线，其中A点是88. 1MHz处的反射损耗为-10. 965dB， B点是98.丽z处的反射损耗为-19. 105dB， C点是107. 9MHz处的反射 损耗为-7.986dB， D点是150. OMHz处的反射损耗为-7. 273dB。于本实用新型的实 施例中，套筒单极天线30的长度可縮短为35厘米，宽2厘米，且由于是以薄膜 印刷天线的方式来实现，因此套筒单极天线30更具有透明、具有弹性、厚度薄(约 0.4毫米)的特性，可供黏贴于汽车后挡玻璃上。请参考图6。图6为现有的小型 FM天线与本实用新型的套筒单极天线30在不同频段的发射功率比较表。由图6 的比较表可知，在固定的发射器所输出的功率下，利用本实用新型的套筒单极天 线30所发射的功率在88. lMHz、 98. lMHz、 107. 9MHz等三个频段(相当于包含了 卩M信号的全频带)皆大于现有的小型FM天线的发射功率(平均大约11dB MdB)，此外，本实用新型的套筒单极天线30在整个频带(秘MHz 108MHz〉的发射功率变 化(小于4dB)也较现有的小型FM天线的发射功率变化(超过15dB)来得平均。 当套筒单极天线30在信号线32端以及曲折套筒34 (接地端)处利用绕线电 感(第一匹配元件42以及第二匹配元件44)补偿信号线32以及曲折套筒34的 等效电子长度后，会造成接地端的反射信号能量增多，此反射信号会窜留至其他 元件或反射而造成阻抗不匹配，而使套筒单极天线30的有效频宽变窄。在如图1 的现有套筒单极天线10上，套筒14的末端是连接于一大平面接地或具有1/4波 长的另一信号线，本实用新型则在曲折套筒34的前端与末端间，连接一电阻(第 三匹配元件46)作为负载阻抗，以吸收流经曲折套筒34的回流电流，以增加套 筒单极天线30的有效频宽。请参考图7。图7为本实用新型的套筒单极天线未加 上负载电阻与加上负载电阻后的反射损耗对应频率的响应示意图，其中E点是 88.應z处的反射损耗为-9. 938dB， F点是98. lMHz处的反射损耗为-3. 069dB， G 点是107.9MHz处的反射损耗为-1.369dB， H点是150. OMHz处的反射损耗为-1.206dB。由图7可知，于曲折套筒34端加上第三匹配元件46 (电阻)后，套筒 单极天线30在反射损耗〈-10dB的频宽加宽且且反射损耗更为降低，这样的结果 会让天线的使用频宽更宽，使得整个频带的天线效率也较为平均，能量能够从信 号线32辐射出去。本实用新型所揭示的套筒单极天线在信号线端连接一补偿电感以及在接地端 连接一组补偿电感以增加信号线及套筒接地的共振电子长度。在套筒接地端另连 接一组负载阻抗以吸收信号线的反射信号的能量，增加套筒单极天线的频宽。利 用信号线以及套筒接地的曲折走线布局以及搭配无源元件(如电感，电阻等等) 来达到套筒单极天线的小型化设计，使套筒单极天线可设计成在总长度只有35厘 米的条件下，仍具有20MHz的有效频宽的薄膜印刷天线，配合同轴缆线可以附着 于车体任何地方，以迎合各种车用广播接收天线，达到最佳的发射效果。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡根据本实用新型申请专利范围所 做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
权利要求1.一种具有等效电子长度的全频带套筒单极天线，其特征在于包含有一信号线，具有多个曲折处，该信号线发射一无线信号；一接地元件，该接地元件提供该无线信号的反相信号的流通路径，该接地元件具有多个曲折处、一末端以及一前端；一第一匹配元件，设置于该信号线的一端；一第二匹配元件，设置于该接地元件的一端；以及一第三匹配元件，连接该接地元件的末端与前端之间以提供一阻抗。
2. 根据权利要求1所述的具有等效电子长度的全频带套筒单极天线，其特征 在于该信号线发送全频带88 MHz 108 MHz的调频FM信号。
3. 根据权利要求1所述的具有等效电子长度的全频带套筒单极天线，其特征 在于该信号线是一印刷薄膜天线。
4. 根据权利要求1所述的具有等效电子长度的全频带套筒单极天线，其特征 在于该信号线的长度是近似于1/4波长的共振电子长度。
5. 根据权利要求1所述的具有等效电子长度的全频带套筒单极天线，其特征 在于该接地元件是一 曲折套筒。
6. 根据权利要求1所述的具有等效电子长度的全频带套筒单极天线，其特征 在于该接地元件的长度是近似于1/8波长至1/4波长的共振电子长度。
7. 根据权利要求1所述的具有等效电子长度的全频带套筒单极天线，其特征 在于该第一匹配元件、该第二匹配元件以及该第三匹配元件是由无源元件所构成。
8. 根据权利要求1所述的具有等效电子长度的全频带套筒单极天线，其特征在于该第一匹配元件以及该第二匹配元件是绕线电感。
9.根据权利要求1所述的具有等效电子长度的全频带套筒单极天线，其特征 在于该第三匹配元件是一电阻。
专利摘要在信号线端连接一补偿电感以及在接地端连接一组补偿电感以增加信号线及套筒接地的共振电子长度。在套筒接地端另连接一组负载阻抗以吸收信号线的反射信号的能量，增加套筒单极天线的频宽。利用信号线以及套筒接地的曲折走线布局以及搭配无源元件(如电感，电阻等)来达到套筒单极天线的小型化设计，配合同轴缆线可以附着于车体任何地方，以迎合各种车用广播接收天线，达到最佳的发射效果。
文档编号H01Q9/04GK201041827SQ20072014702
公开日2008年3月26日 申请日期2007年4月17日 优先权日2007年4月17日
发明者钟宗颖, 黄章修 申请人:启碁科技股份有限公司